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1、技师论文报告 课 题 ：蒂森连铸环冷辊焊接工艺撰 写 人 ： 刘 建 军指导教师 ： 孔 念 荣（高级工程师）工作单位 ：常州宝菱重工机械有限公司起讫日期 ：2014年6月8月焊 工 技 师 论 文目 录1、 摘 要.12、 产品介绍.13、 环冷辊焊接的难点.24、 环冷辊焊接过程中遇到的问题.24.1焊接方法的选择.34.2焊接材料的选用.34.3焊接规范的选用.34.4焊接过程中的焊接缺陷.35、 焊接工艺.35.1焊接方法的选择.35.2焊接材料的选用.35.3焊接规范的选用.45.4焊接过程中的焊接缺陷.46、 小结.47、 参考文献.5蒂森连铸环冷辊焊接工艺 4 一 摘要：环冷辊是
2、连铸机中最重要的部件之一，本身结构复杂，制作难度大；根据ISO 15613 要求进行了一系列试验，得出的焊接工艺为采用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）打底，混合气体保护焊（GMAW）填充及盖面；一定的预热温度，焊接过程中层间温度尽量保持在规定范围内；按要求及等强原则选用合适的焊接材料；选择合理的焊接规范；焊后后热消应力等。 关键词：环冷辊；焊接缺陷；焊接工艺二 产品介绍把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备
3、，习惯上称为连铸机。连铸机可以按多种形式来分类。若按结构外形可把连铸机分为立式连铸机，立弯式连铸机，带直线段弧形连铸机，弧形连铸机，多半径椭圆形连铸机和水平连铸机。随着连铸技术的发展，又开展了轮式连铸机，特别是薄板坯连铸机的研究。如果按照连铸机所浇铸的断面的大小和外形来区分，连铸机又可分为板坯连铸机、小方坯连铸机，大方坯连铸机、圆坯连铸机、异形断面连铸机和薄板坯连铸机。在方坯连铸机中也包括矩形坯连铸机，通常把浇铸断面或当量断面积大于200200mm的铸坯叫大方坯，断面或当量断面积小于160160mm的铸坯叫小方坯，宽厚比大于3矩形坯称为板坯。若按连铸机在共用一个钢水包下所能浇铸的铸坯流数来区分
4、，则可分为单流、双流或多流连铸机。蒂森连铸是板坯连铸机，环冷辊（图1）是其中最重要的部件之一。轧制钢板时，由活动侧框架与固定侧框架上的环冷辊联合运作对钢板坯件进行轧制。图1 环冷辊示意图 环冷辊本身结构复杂，制作难度大。由于其与红热状态的板坯直接接触，所以对其材质有特殊要求，既要有足够的硬度对板坯进行轧制，又要能够耐高温。 三 环冷辊焊接的难点环冷辊采用的材料是21CrMoV5-11，其成分见表1：21CrMoV5-11材料成分（质量分数） 表1CSiMnCrMoV0.180.230.300.600.300.601.201.501.001.200.250.3521CrMoV5-11属于珠光体+
5、少量马氏体钢，钢中Cr、Mo含量很高，本身就是脆性材料。由于环冷辊的工作状态，要求其硬度要达到3742HRC。这一要求通过表面堆焊后淬火来获得；在环冷辊的内部设计水循环系统来降温，由于加工工艺的要求，需对环冷辊进行封环焊接，这是整个环冷辊制作过程中的重点及难点。由于辊身已经淬火及本身材质的特殊，大大增加了焊接的难度。采用何种焊接方法？选用何种焊材？使用哪个范围的焊接参数？都成为亟待解决的大难题。四 环冷辊焊接过程中遇到的问题4.1 焊接方法的选择首先，选用最方便、最常用的混合气体保护焊（GMAW）。优点是：效率高、生产率高；缺点是：成功率低，质量不够，易发生焊接缺陷，水压测试不过关。其次，选用
6、非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）。优点是：成功率高，水压测试几乎不漏水，也几乎没有焊接缺陷；缺点是：生产效率低下。4.2 焊接材料的选用根据客户的要求，焊接材料需要经过CE、DB认证。经过对国内市场的调研，发现，对于混合气体保护焊，国内只有适用的药芯焊丝（但是没有经过认证），没有专用焊丝和实芯焊丝。4.3 焊接规范的选用因21CrMoV5-11材料特殊，CET=0.94%，可焊性差，所以合适的焊接规范非常有必要。4.4 焊接过程中的焊接缺陷根据工艺要求，环冷辊封环焊接前一道工序是调质处理，这又大大增加了焊接的难度，使得焊接过程中更容易出现焊接缺陷。选用混合气体保护焊（GMAW）施焊时，存在大
7、量的气孔、裂纹、未熔合等焊接缺陷；而选用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）施焊时，也会不同程度的出现类似的焊接缺陷。五 焊接工艺由于是第一次焊接21CrMoV5-11这种材料，所以不具备WPQR（焊接工艺评定），因此针对各项难点及问题点，我们进行了一系列的试验，得出以下焊接工艺：5.1 焊接方法的选择综合考虑焊接质量及生产效率，决定采用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）打底，混合气体保护焊（GMAW）填充及盖面。这样，既保证了焊接质量，弥补了单一采用混合气体保护焊（GMAW）施焊的不足，又提升了生产效率，解决了单独采用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）施焊的缺点。5.2 焊接材料的选用根据等强
8、匹配的原则，在保证经过CE、DB认证的前提下，经过对国内市场的调研，最后决定采用进口焊接材料。5.3 焊接规范的选用由于21CrMoV5-11的 CET=0.94%，可焊性差，所以必须采用合适的温度进行预热，在焊接过程中应控制好层间温度，尽量保持在层间温度范围内；需用适当的焊接规范（电流、电压、焊接速度等），控制好热输入；由于辊身进过调质处理，所以采用适当的温度后热进行焊后消应力。5.4 焊接过程中的焊接缺陷气孔采用合适的保护气体流量，不能太大也不能太小；气流量太大浪费，增加热输入，而气流量太小，保护效果不好，易出现气孔；控制焊枪角度，焊前角度不合适会影响气体保护，易出现气孔；注意别出现过堂风
9、，过堂风直接导致气体保护失效，出现气孔乃至密集型气孔。裂纹由于21CrMoV5-11的碳当量CET=0.94%，可焊性差，所以必须保证预热温度到位，并保证层间温度，尽可能保证温度变化不大（始终保持在层间温度范围内）；为此，我们自制保温桶，焊接过程中每隔15min测一次层间温度，若温度偏离，则采用自制加热器对环冷辊加热；控制热输入，严格按焊接工艺规程（WPS）施焊；焊接前清理待焊部位的油污、铁锈等，保证焊接区的清洁；焊后，采用适当的温度后热进行 焊后消应力处理。未融合焊接前清理待焊部位的油污、铁锈等，保证焊接区的清洁；控制热输入，严格按焊接工艺规程（WPS）施焊；调节合适的焊枪角度；保证预热温度及层间温度。六 小结焊接环冷辊的必要措施包括：采用非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）打底，混合气体保护焊（GMAW）填充及盖面；一定的预热温度，焊接过程中层间温度尽量保持在规定范围内；按要求及等强原则选用合适的焊接材料；按照焊接工艺规程(WPS)选择合理的焊接规范施焊；焊后一定的温度后热消应力等。七 参考文献（1） 杨春利 电弧焊基础 哈尔滨工业大学出版社 2007（2） 张文钺 焊接冶金学 机械工业出版社 2010（3） ISO 15614-1：2012 金属材料焊接工艺规范和评定